天然氣合成氨20萬噸合成工段設計說明書畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 H2 N2 出器物料（熱氣）：設熱氣出口溫度17℃（由熱量計算核定）查 ,氣相中平衡氨含量，計算熱氣出口冷凝液氨時，忽略溶解在液氨中的氣體。取過飽和度 ，故 。 設熱氣出口氨體積為 ，則： 冷交換器熱氣出口氣量及組分：其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 出口總氣量 出口氣體各組分：NH3 CH4 Ar H2 N2 進器物料：氨冷器進器物料等于冷交換器出器物料加上補充新鮮氣物料其中 CH4 Ar H2 N2 進器氣體物料 進器氣體組分含量　　其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 各組分百分含量　　NH3 CH4 Ar H2 N2 進器液體等于冷交換器冷凝液氨量　進器總物料出器物料：已知出器氣體中氨含量為 ，設出器氣體中氨含量為。 解得 則氨冷器中冷凝液氨量： 氨冷器出器總液氨量: 氨冷器出器氣量: 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 各組分百分含量 NH3 CH4 Ar H2 N2 出器總物料 冷交換器物料計算圖414 冷交換器物料計算示意圖V3V2冷交換器V14V17進口物料：冷交換器進口總物料等于氨冷器出口總物料其中氣體入口 ；液體入口 ；由氣液平衡計算得，以 進口物料為計算基準：即 將 ，代入上式： 式中 可由物料平衡和氨平衡計算 式中 ———冷交換器入口總物料； ———冷交換器熱氣出口總物料 ———冷交換器入口總氨物料將 ， 代入上式解得：∴ ；∴ 代入 得：。 。由 可求出冷交換器冷凝液體量 冷凝液體量 出器物料：冷交換器（冷氣）出口氣體物料等于進口總物料減去冷凝液體量。其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 計算誤差校核氨分離器液氨百分數氨分離器液氨百分數：冷交換器分離液氨百分數：計算誤差進槽物料：氨分離器入槽液體 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 冷交換器入槽液體 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 入槽混合物料 各組分物料含量： 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 百分含量 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 出槽物料：液氨貯槽出口弛放氣 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 出口液氨總物料 其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 各組分百分含量：其中 NH3 CH4 Ar H2 N2 液氨產量核算: 物料衡算匯總表見附錄 熱量衡算冷交換器Q3Q2Q17Q16Q14圖421 冷交換器熱量計算示意圖 （1）熱氣進口溫度，冷交換器熱氣進口溫度等于水冷器體出口溫度，由題意知 。 （2）冷氣進口溫度，為保證合成塔入口氨含量在,出氨冷器的氣體的氨含量必須等于或小于，設過飽和度為,則，該冷凝溫度下的平衡氨含量為： 查《小氮肥工藝設計手冊》圖931平衡氨含量為；時，冷激溫度 ,故冷氣進口溫度等于（3）熱氣體帶入熱量，熱氣體在器內處于氨飽和區，計算氣體比熱容時先求常壓下氣體比熱容，然后用壓力校正的方法計算實際的氣體比熱容：查,時的各組分比熱容并計算得： 查《小氮肥工藝設計手冊》附表111，各物質的臨界溫度和壓力并計算得： 查《小氮肥工藝設計手冊》附表159 由壓力校正法：熱氣體帶入熱量：(4) 冷氣體帶入熱量：查,時各組分比熱容并計算得： ,查《小氮肥工藝設計手冊》附表1519 由壓力校正法：冷氣體帶入熱量：(5) 氨冷凝熱：設熱氣出口溫度為，熱氣體在器內由冷卻到然后進行氨冷凝，查氨冷凝熱 液氨冷凝放出熱量，(6) 液氨帶入熱量：查10℃時液氨比熱容　 液氨帶入熱量　　(7) 熱氣體帶出熱量：查,時的各組分比熱容并計算得： 查《小氮肥工藝設計手冊》附表158 由壓力校正法：熱氣體帶出熱量：(8) 熱氣體中液氨帶出熱量：查時液氨比熱容　 液氨帶入熱量　　 (9) 冷氣體帶入熱量：(10) 冷氣體帶出熱量：∵設,查時的各組分比熱容并計算得： 表421 冷交換器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）管內熱氣體帶入熱量 管內熱氣體帶出熱量管外冷氣體帶入熱量 管內液氨帶出熱量管內液氨冷凝熱 管外液氨帶出熱量管外液氨散熱　管外冷氣帶出熱量小 計小 計(11) 冷交換器熱量負荷計算： 氨冷凝器熱量衡算Q17氨冷凝器Q液氨Q2Q1Q18Q氣氨圖422 氨冷凝器熱量計算示意圖（1）氣體帶入熱量 由冷交換器熱量計算得 （2）氣體中液氨帶入熱量 由冷交換器熱量計算得 （3）氨冷器中氣氨冷凝熱查《小氮肥工藝設計手冊—理化數據》在, 則氣氨冷凝熱：（4）新鮮氣帶入熱量 , 查壓力下各組分氣體比熱容然后用疊加的方法計算得實際氣體混合熱容 所以新鮮氣帶入熱量：氨冷器收入總熱量 （5）氨冷器入口混合物溫度計算由熱平衡 設,查壓力下各組分氣體比熱容，然后用疊加的方法計算得實際氣體混合熱容。 , , 查 《小氮肥工藝設計手冊》附圖411液氮的比熱容 代入上式 與假設一致。混合后按冷氣入口熱氣溫度.（6）氣體帶出熱量 和 由冷交換器熱量計算 （7）氣體中液氨帶出熱量 （8）液氨蒸發吸熱 （9）需冷凍量 查液氨，液氨，所以： ， 表422 氨冷器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）氣體帶入熱量氣體帶出熱量液氨帶入熱量液氨帶出熱量氣體中氨冷凝熱冷凍量新鮮氣帶入熱小 計小 計（1）由《小氮肥工藝設計手冊—理化數據》表111查的絕熱指數如下表：表423 絕熱指數表組分H2N2ArCH4NH3Ki.由公式 ∴ 由前已知 代入上式得：（2）氣體帶入熱量 （3）壓縮功 又 式中 將上述數據代入壓縮功的計算式得： 壓縮功 (4) 氣體帶出熱量 由熱平衡得： ∵ 由 查常壓下各組分氣體比熱容并計算得： 查《小氮肥工藝設計手冊》附圖1519比熱容壓力校正圖，誤差 則計算正確。氣體帶出熱量 表424 循環機熱平衡匯總表收 方（KJ）支 方（KJ）氣體帶入熱量Q′3320824氣體帶出熱量Q4壓縮熱QN小 計小 計圖423 合成塔熱量計算示意圖Q6Q8合成塔QRQ5Q7Q損(1)環隙溫升計算設合成塔環隙高度，由經驗公式知：環隙溫升按計則合成塔一出溫度為:(2) 氣體帶入熱量由前計算 因油分離器內無溫升變化（忽略損失）∴ (3)氣體反應熱設合成塔二出溫度365℃，假定氣體在塔內先溫升至出口溫度后進行氨合成反應在壓力的氣體反應簡化計算式為： 將 代入得：由物料平衡計算知氨產量 則 合成塔內反應熱 (4) 二次入塔氣體帶入熱量Q7由熱平衡知 ∴ (5) 合成塔一出氣體帶出熱量Q6查 混合氣體熱容，按高壓疊加法計算得：∴ (6) 合成塔二出氣體帶出熱量 Q8查 混合氣體熱容，按高壓疊加法計算得： ∴ (7)合成塔熱損失根據經驗公式 設塔壁溫度 空氣溫度 塔外壁高 外徑 則 ∴ (8) 合成塔二入溫度計算將上述數據帶入溫度計算式中得：設 查 混合氣體熱容，按高壓疊加法計算得：則 誤差假設值與實際值基本相符,計算有效。∴ 合成塔氣體二次入口帶入熱量（9）合成塔絕熱溫升核算 由 式中 ∴ 假設值與實際值基本相符,計算有效。表425 合成塔熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支方熱量（KJ）一次氣體進口帶入熱量 Q5476358,788一次氣體出口帶入熱量 Q6二次氣體進口帶入熱量 Q7二次氣體進口帶入熱量 Q8反應熱 QR熱損失 Q損小 計小計（1）管內熱氣體帶入熱量Q8由合成塔熱平衡計算得 （2）管內熱氣體帶出熱量 Qs設 查《小氮肥工藝設計手冊—理化數據》并計算得：∴ (3) 廢熱鍋爐熱負荷 (4) 軟水量計算設廢熱鍋爐加入軟水溫度。查 軟水焓 蒸汽焓 由熱平衡得：∴ 廢熱鍋爐軟水帶入熱量：蒸汽帶出熱量 表426 廢熱鍋爐熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）管內熱氣帶入熱量 Q8管內熱氣帶出熱量 Q9軟水帶入熱量 Q軟蒸汽帶出熱量 Q蒸小 計小 計熱交換器Q7Q6Q10Q9圖424 熱交換器熱量計算示意圖（1）冷氣帶入熱量 Q6由合成塔熱平衡計算得：（2）熱氣體帶入熱量 Q9由廢熱鍋爐熱平衡計算得：（3）冷氣帶出熱量 Q7由合成塔熱平衡計算得：（4）熱氣出口溫度計算由熱平衡得：∴ 設 查《小氮肥工藝設計手冊—理化數據》混合氣體熱容按疊加法計算得： 查《小氮肥工藝設計手冊—理化數據》附圖1519比熱容壓力校正圖誤差假設值與實際值基本相符，計算有效。（5）熱交換器熱負荷表427 熱交換器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）冷氣帶入熱量 Q6冷氣帶入熱量 Q7熱氣帶入熱量 Q9熱氣帶出熱量 Q10小 計小 計由題意知水冷器出口溫度 ，設氣體先冷卻至35℃后氨再冷凝（1）熱氣帶入熱量 Q10 由熱交換器熱平衡計算 （2）氨冷凝熱 查 《小氮肥工藝設計手冊—理化數據》 1011得：氨冷凝熱。（3）熱氣體帶出熱量Q11 ，,由于氣體在氨飽和區，故先計算常壓下氣體組分比熱容然后用壓力校正法計算實際比熱容 查《小氮肥工藝設計手冊—理化數據》比熱容壓力校正圖則混合氣的比熱容熱氣帶出熱量 (4)液氨帶出熱量 查35℃液氨比熱容 (5)冷水量計算設需冷水量W，冷卻上水，冷卻下水，冷卻水比熱容 則 冷卻水吸收熱量為∴ 冷卻上水帶入熱量：冷卻下水帶入熱量：表428 水冷器熱量平衡匯總表收 方熱量（KJ）支 方熱量（KJ）熱氣帶入熱量 Q10熱氣帶出熱量 Q11氨冷凝熱量 Q冷液氨帶出熱量 Q液冷卻上水帶入熱量Q上水冷卻下水帶入熱量Q下水小 計小 計其進出口溫度無變化，由氣體熱平衡，氨分離器吸入熱、水冷器熱平衡計算得：氨分離器支出熱，氣體放空氣帶出熱量： 冷交換器帶入熱量，由冷交換器熱平衡計算得：；誤差假設值與實際值基本相符計算有效氨分離